Veel delen vande nieuwe energiebesparende tandwielenEnautoversnellingenVoor dit project is straalbewerking na het slijpen van tandwielen vereist, wat de kwaliteit van het tandoppervlak kan aantasten en zelfs de NVH-prestaties van het systeem kan beïnvloeden. Dit artikel onderzoekt de ruwheid van het tandoppervlak onder verschillende straalbewerkingsomstandigheden en op verschillende onderdelen vóór en na de straalbewerking. De resultaten tonen aan dat straalbewerking de ruwheid van het tandoppervlak verhoogt, wat wordt beïnvloed door de eigenschappen van de onderdelen, de parameters van de straalbewerking en andere factoren. Onder de huidige batchproductieomstandigheden is de maximale ruwheid van het tandoppervlak na straalbewerking 3,1 keer zo groot als vóór de straalbewerking. De invloed van de ruwheid van het tandoppervlak op de NVH-prestaties wordt besproken en er worden maatregelen voorgesteld om de ruwheid na straalbewerking te verbeteren.

Tegen deze achtergrond bespreekt dit artikel de volgende drie aspecten:

Invloed van de parameters van het straalproces op de ruwheid van het tandoppervlak;

De mate van versterking van de ruwheid van het tandoppervlak door middel van shotpeening onder de bestaande omstandigheden van het batchproductieproces;

De invloed van een verhoogde ruwheid van het tandoppervlak op de NVH-prestaties en maatregelen om de ruwheid na shotpeening te verbeteren.

Shotpeening verwijst naar het proces waarbij talrijke kleine, zeer harde projectielen met hoge snelheid het oppervlak van onderdelen raken. Door de hoge impact van de projectielen ontstaan ​​er putjes in het oppervlak van het onderdeel en treedt plastische vervorming op. De structuren rondom de putjes bieden weerstand tegen deze vervorming en genereren restdrukspanning. De overlapping van de vele putjes vormt een uniforme laag restdrukspanning op het oppervlak van het onderdeel, waardoor de vermoeiingssterkte van het onderdeel verbetert. Afhankelijk van de manier waarop de hoge snelheid van de projectielen wordt bereikt, wordt shotpeening over het algemeen onderverdeeld in persluchtshotpeening en centrifugaalshotpeening, zoals weergegeven in Figuur 1.

Bij persluchtstraalbewerking wordt perslucht gebruikt als energiebron om de straalmiddeldeeltjes uit het pistool te spuiten; bij centrifugaalstraalbewerking wordt een motor gebruikt om de waaier met hoge snelheid te laten roteren en zo de straalmiddeldeeltjes te verspreiden. De belangrijkste procesparameters van straalbewerking zijn de verzadigingssterkte, de dekkingsgraad en de eigenschappen van het straalmiddel (materiaal, grootte, vorm, hardheid). De verzadigingssterkte is een parameter die de straalsterkte karakteriseert en wordt uitgedrukt door de booghoogte (d.w.z. de buigingsgraad van het Almen-teststuk na straalbewerking); de dekkingsgraad verwijst naar de verhouding tussen het oppervlak van de put na straalbewerking en het totale oppervlak van het bewerkte gebied; veelgebruikte straalmiddelen zijn onder andere staaldraad, gegoten staal, keramische korrels, glaskorrels, enz. De grootte, vorm en hardheid van de straalmiddelen variëren. De algemene procesvereisten voor transmissie-asonderdelen worden weergegeven in Tabel 1.

Het testonderdeel is het tussenliggende tandwiel 1/6 van een hybride project. De tandwielstructuur is weergegeven in Figuur 2. Na het slijpen is de microstructuur van het tandoppervlak klasse 2, de oppervlaktehardheid is 710HV30 en de effectieve hardingslaagdiepte is 0,65 mm, alles binnen de technische eisen. De ruwheid van het tandoppervlak vóór het straalproces is weergegeven in Tabel 3 en de nauwkeurigheid van het tandprofiel in Tabel 4. Hieruit blijkt dat de ruwheid van het tandoppervlak vóór het straalproces goed is en dat de tandprofielcurve vloeiend is.

Testplan en testparameters

Bij de test wordt een persluchtstraalmachine gebruikt. Vanwege de testomstandigheden is het onmogelijk om de invloed van de eigenschappen van het straalmiddel (materiaal, korrelgrootte, hardheid) te verifiëren. Daarom worden de eigenschappen van het straalmiddel tijdens de test constant gehouden. Alleen de invloed van de verzadigingssterkte en de dekking op de ruwheid van het tandoppervlak na het stralen wordt geverifieerd. Zie tabel 2 voor het testschema. De specifieke procedure voor het bepalen van de testparameters is als volgt: de verzadigingscurve (figuur 3) wordt getekend met behulp van een Almen-proefstuk om het verzadigingspunt te bepalen, waarna de persluchtdruk, de staalstraalstroom, de bewegingssnelheid van het mondstuk, de afstand van het mondstuk tot de onderdelen en andere apparatuurparameters worden vastgelegd.

testresultaat

De gegevens over de ruwheid van het tandoppervlak na het straalproces worden weergegeven in tabel 3, en de nauwkeurigheid van het tandprofiel in tabel 4. Het is te zien dat onder de vier straalprocescondities de ruwheid van het tandoppervlak toeneemt en de tandprofielcurve na het straalproces concaaf en convex wordt. De verhouding tussen de ruwheid na het stralen en de ruwheid vóór het stralen wordt gebruikt om de ruwheidsvergroting te karakteriseren (tabel 3). Hieruit blijkt dat de ruwheidsvergroting verschilt onder de vier procescondities.

Batchgewijze monitoring van de vergroting van de ruwheid van het tandoppervlak door middel van shotpeening.

De testresultaten in paragraaf 3 tonen aan dat de ruwheid van het tandoppervlak in verschillende mate toeneemt na straalbewerking met verschillende processen. Om de versterking van de ruwheid van het tandoppervlak door straalbewerking volledig te begrijpen en het aantal monsters te vergroten, werden 5 items, 5 typen en in totaal 44 onderdelen geselecteerd om de ruwheid vóór en na straalbewerking te volgen onder de omstandigheden van een straalbewerkingsproces voor batchproductie. Zie tabel 5 voor de fysische en chemische informatie en informatie over het straalbewerkingsproces van de gevolgde onderdelen na het slijpen van de tandwielen. De ruwheids- en vergrotingsgegevens van de voor- en achtertanden vóór straalbewerking worden weergegeven in figuur 4. Figuur 4 laat zien dat de ruwheid van het tandoppervlak vóór straalbewerking varieert van Rz1,6 μm tot Rz4,3 μm; na straalbewerking neemt de ruwheid toe en varieert deze van Rz2,3 μm tot Rz6,7 μm; de maximale ruwheid kan tot 3,1 keer zo groot zijn als vóór straalbewerking.

Factoren die de ruwheid van het tandoppervlak na straalbewerking beïnvloeden

Uit het principe van straalpolijsten blijkt dat de hoge hardheid en de hoge snelheid van de kogels talloze putjes achterlaten op het oppervlak van het onderdeel. Deze putjes vormen de bron van residuele drukspanning. Tegelijkertijd verhogen deze putjes de oppervlakteruwheid. De eigenschappen van de onderdelen vóór het straalpolijsten en de procesparameters van het straalpolijsten beïnvloeden de ruwheid na het straalpolijsten, zoals weergegeven in Tabel 6. In paragraaf 3 van dit artikel wordt onder vier procesomstandigheden de toename van de oppervlakteruwheid van de tand na het straalpolijsten in verschillende mate onderzocht. In deze test zijn er twee variabelen, namelijk de ruwheid vóór het straalpolijsten en de procesparameters (verzadigingssterkte of dekking). Hierdoor is het niet mogelijk om de relatie tussen de ruwheid na het straalpolijsten en elk van deze factoren afzonderlijk nauwkeurig te bepalen. Veel onderzoekers hebben hier inmiddels onderzoek naar gedaan en een theoretisch voorspellingsmodel voor de oppervlakteruwheid na het straalpolijsten ontwikkeld op basis van eindige-elementensimulatie. Dit model wordt gebruikt om de corresponderende ruwheidswaarden van verschillende straalpolijstprocessen te voorspellen.

Op basis van de praktijkervaring en het onderzoek van andere wetenschappers kunnen de invloedswijzen van verschillende factoren worden gespeculeerd zoals weergegeven in Tabel 6. Hieruit blijkt dat de ruwheid na shotpeening door veel factoren wordt beïnvloed, die tevens de belangrijkste factoren zijn die de resterende drukspanning beïnvloeden. Om de ruwheid na shotpeening te verminderen met behoud van de resterende drukspanning, zijn talrijke procestests nodig om de parametercombinatie continu te optimaliseren.

Invloed van de ruwheid van het tandoppervlak op de NVH-prestaties van het systeem

Tandwielen maken deel uit van een dynamisch transmissiesysteem en de ruwheid van het tandoppervlak beïnvloedt hun NVH-prestaties (Noise, Vibration and Harshness). Experimentele resultaten tonen aan dat bij dezelfde belasting en snelheid geldt: hoe groter de oppervlakteruwheid, hoe groter de trillingen en het geluid van het systeem. Bij een hogere belasting en snelheid nemen de trillingen en het geluid bovendien nog sterker toe.

De afgelopen jaren is het aantal projecten voor nieuwe energiereductoren snel toegenomen, wat de ontwikkelingstrend van hoge snelheden en grote koppels laat zien. Momenteel bedraagt ​​het maximale koppel van onze nieuwe energiereductor 354 N·m en de maximale snelheid 16.000 tpm, wat in de toekomst zal worden verhoogd tot meer dan 20.000 tpm. Onder dergelijke bedrijfsomstandigheden moet rekening worden gehouden met de invloed van de toegenomen ruwheid van het tandoppervlak op de NVH-prestaties van het systeem.

Verbeteringsmaatregelen voor de ruwheid van het tandoppervlak na straalbewerking

Het straalproces na het slijpen van tandwielen kan de contactvermoeidheidssterkte van het tandoppervlak en de buigvermoeidheidssterkte van de tandvoet verbeteren. Als dit proces om sterkteoverwegingen in het ontwerpproces van tandwielen moet worden toegepast, en om rekening te houden met de NVH-prestaties van het systeem, kan de ruwheid van het tandoppervlak na het straalproces op de volgende manieren worden verbeterd:

a. Optimaliseer de parameters van het straalproces en beheers de toename van de ruwheid van het tandoppervlak na het stralen, met behoud van de resterende drukspanning. Dit vereist veel procestests en de procesflexibiliteit is beperkt.

b. Er wordt gebruikgemaakt van het samengestelde straalproces, dat wil zeggen dat na het normale straalproces een tweede straalbehandeling wordt uitgevoerd. De extra sterkte die door dit proces wordt bereikt, is doorgaans gering. Het type en de grootte van de straalmaterialen kunnen worden aangepast, zoals keramische straal, glasstraal of staaldraad met een kleinere afmeting.

c. Na het straalpolijsten worden processen zoals het polijsten van het tandoppervlak en het honen toegevoegd.

In dit artikel wordt de ruwheid van het tandoppervlak onder verschillende omstandigheden van het straalproces en op verschillende onderdelen vóór en na het straalproces onderzocht. Op basis van de literatuur worden de volgende conclusies getrokken:

◆ Door straalbewerking neemt de ruwheid van het tandoppervlak toe. Deze ruwheid wordt beïnvloed door de eigenschappen van de onderdelen vóór de straalbewerking, de parameters van het straalbewerkingsproces en andere factoren. Deze factoren zijn tevens de belangrijkste factoren die de resterende drukspanning beïnvloeden;

◆ Onder de huidige omstandigheden van het batchproductieproces is de maximale ruwheid van het tandoppervlak na het straalproces 3,1 keer zo groot als vóór het straalproces;

◆ Een toename van de ruwheid van het tandoppervlak zal de trillingen en het geluid van het systeem verhogen. Hoe groter het koppel en de snelheid, hoe duidelijker de toename van trillingen en geluid;

◆ De ruwheid van het tandoppervlak na straalbewerking kan worden verbeterd door de parameters van het straalbewerkingsproces te optimaliseren, door composietstraalbewerking toe te passen, door polijsten of vrij honen na de straalbewerking, enz. Naar verwachting zal de optimalisatie van de parameters van het straalbewerkingsproces de ruwheidsversterking beperken tot ongeveer 1,5 keer.